Sapere Scienza

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Per quanto tempo sopravvivono i batteri? Lo sapremo tra 500 anni

11 Marzo 2019

Anno Domini 2514. È la data in cui l'esperimento avviato dai microbiologi tedeschi, scozzesi e americani, guidati da Ralf Moeller, dell'agenzia spaziale tedesca (DLR-Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt), terminerà. Una raccolta di dati secolare per studiare la resistenza e la capacità di sopravvivere per lunghi periodi di tempo di determinati batteri. I risultati della prima fase della ricerca è stata da poco pubblicata su PLoS ONE. Cerchiamo di capire meglio di cosa si tratta.

 

Endospore per resistere alle avversità

 

In condizioni particolarmente difficili, alcuni batteri producono endospore, strutture di resistenza che si formano a partire da una cellula madre che, mediante il processo di sporulazione, dà vita a una forma non vegetativa, quiescente, che ha il compito di proteggere il genoma da minacce di natura fisica, quali radiazioni, calore o essiccamento, e chimica, come ad esempio la presenza di determinate sostanze disinfettanti. La capacità di generare endospore permette ad alcuni batteri Gram-positivi, come Bacillus subtilis, di sopravvivere in ambienti estremi passando a uno stato dormiente. Una caratteristica straordinaria che, nonostante i numerosi precedenti studi, non sappiamo ancora quanto garantisca la vita del microrganismo in termini di tempo. Questo è il motivo per cui gli scienziati hanno pensato a una ricerca che superasse i limiti della vita umana.

 

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Una staffetta scientifica lunga 5 secoli

 

In cosa consiste questo particolare esperimento? Una definita concentrazione di spore esiccate di Bacillus subtilis è stato inserita in differenti fiale di vetro. Il programma prevede che queste boccette siano aperte, e il loro contenuto analizzato, ogni 2 anni per i primi 24 anni e, in seguito, ogni 25 anni fino alla conclusione della ricerca. I campioni essiccati di spore dovranno affrontare stress ambientali quali l'esposizione ai raggi X, agli UV, ad acqua ossigenata al 10%, a calore secco (120°C) e a calore umido (100°C). Tutto questo per capire come reagiscano ad ambienti ostili dopo lunghi periodi di conservazione.

 

Esperimenti "molto" lunghi: non è la prima volta

 

La Natura ha tempistiche molto diverse rispetto a quelle di un essere umano ed è per questo che gli scienziati hanno già pianificato in altri contesti esperimenti di lunga durata. Un articolo pubblicato su The Atlantic ne cita alcuni. Nel 1927, il fisico Thomas Parnell versò della pece di catrame in un imbuto e attese che la sostanza altamente viscosa gocciolasse lentamente giù. Parnell morì e una catena di fisici si diede il cambio per osservare il processo finché non cadde l'ultima scura e appiccicosa goccia, 87 anni dopo, nell'aprile del 2014. Molti di voi sapranno che il mondo delle piante nasconde storie millenarie, infatti anche la botanica ha i suoi studi a lungo termine, tra i quali uno condotto presso la Michigan State University, dove un botanico, nel 1879, seppellì 20 bottiglie di plastica contenenti 50 semi da dissotterrare a intervalli regolari per testarne la sopravvivenza. L'ultima bottiglia sarà riesumata nel 2020. Infine non poteva mancare una pre-esistente analisi riguardante i batteri. Sempre nei laboratori della Michigan State University è stato progettato un esperimento su Escherichia coli che potrebbe essere portato avanti per centinaia di anni: dal febbraio 1988 il microbiologo Richard Lenski sta osservando come il batterio stia acquisendo mutazioni ed evolva di generazione in generazione. In questo momento siamo alla generazione numero 70.500: la replicazione di Escherichia coli è molto veloce e questa ricerca è una specie di finestra sull'evoluzione, esaminata ad alta velocità.

 

Quali risposte stiamo cercando di ottenere?

 

I risultati dello studio - che ha previsto anche la conservazione nelle fiale di Chroococcidiopsis sp., un cianobatterio - dovrebbero svelare quanto tempo i microrganismi possono sopravvivere in isolamento. Altri quesiti riguardano quale funzione matematica descriva il tasso di mortalità nei lunghi periodi e se una parte dei batteri muoia velocemente per lasciare spazio a una fetta di popolazione più resistente, capace di sopravvivere più a lungo.
Per ora, i dati raccolti per i primi due anni hanno mostrato una diminuzione non significativa nella sopravvivenza delle spore. Inoltre le strutture di resistenza di Bacillus subtilis sono state sottoposte a differenti esperimenti di conservazione a breve termine che hanno dimostrato che, in condizioni assimilabili al vuoto dello spazio - un dato importante per la sicurezza legata alle contaminazioni nelle missioni spaziali - e con concentrazioni elevate di cloruro di sodio (il sale da cucina, per intenderci), la sopravvivenza delle spore subisce un'influenza negativa. Insomma, resistenti e longeve rispetto a noi esseri umani - chi sta scrivendo l'articolo e chi lo leggerà non vedrà la fine dell'esperimento - ma non immortali.

 

A proposito di batteri e di forme di vita al di fuori dell'ambiente terrestre, vi consigliamo la lettura dell'articolo di Roberto Orosei e Barbara Cavalazzi, "La ricerca della vita nell'Universo", pubblicato sul numero di ottobre 2017 di Sapere.

 

Immagine di copertina: colonie di Bacillus subtilis cresciute su una piastra di Petri. Credits: Adrian Daerr [CC BY-SA 4.0] via Wikimedia Commons

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